CN105823464A - 一种可自动调节角度的精密电子水平仪 - Google Patents
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Abstract
一种可自动调节角度的精密电子水平仪，它包括开关、双轴倾角电子水平传感器、AD转换模块、按键模块、单片机、显示屏幕、舵机、载物平面、支撑框架、手臂、机盒等组成。其特征在于：通过双轴倾角电子水平传感器来测量载物平面的X轴、Y轴分别与水平面的夹角，在由单片机控制舵机使载物平面达到目的角度。系统可实现全自动、多角度、高精度、实时化、数字化的调节。并为实现远程控制实验打下基础。此水平仪操作简单，只需通过按键输入目的角度，通过单片机控制，载物平面就能够达到目的角度。
Description
技术领域
本发明涉及一种可自动调节角度的精密电子水平仪，可实现水平仪的全自动、多角度、高精度、实时化、数字化，是为高要求的科学实验而设计的精密仪器。
背景技术
水平仪是检测已知平面是否水平的检测仪器。检测水平的仪器从最初的气泡水平仪，发展到现在的电子水平仪，主要分为电感式和电容式两种，在精度、便携性的方面都有很大的改善和提高。
电感式水平仪原理：当水平仪的基座因待测工件倾斜而倾斜时，其内部摆锤因移动造成感应线圈的电压变化，该变化反应倾角大小。电容式水平仪原理：一圆形摆锤自由悬挂在细线上，摆锤受地心重力影响，且悬浮于无摩擦状态，摆锤的两边均设有电极且间隙相同时电容量相等，若水平仪受待测工件倾斜影响而造成两间隙不同，从而产生电容不同，形成角度的差异。
在航空航天、土木工程、道路桥梁工程、机械测量、工业平台、军工、船舶、科学实验等领域上都对水平仪有不同程度的要求，由于仪器本身的限制，或者外界环境的限制，使得水平仪的使用也存在很多局限性。针对不同的情况，不同适用范围的水平仪应运而生。然而随着科技的迅速发展，水平仪作为基础检测仪器，对其精确度、数字化、自动化、实时化等性能要求越来越高，水平仪存在的局限性并没有得到完全解决。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可自动调节角度的精密电子水平仪，能够实现全自动、多角度、高精度、实时化、数字化，为实现远程控制实验打下基础。
本发明是采用如下技术方案，一种可自动调节角度的精密电子水平仪，包括载物平台、支撑框架、机盒、舵机1号、舵机1号机臂、舵机2号、舵机2号机臂、显示屏幕、按键模块、AD转换模块、双轴倾角电子水平传感器、开关、单片机、手臂1号、手臂2号、手臂3号、手臂4号；其特征在于：载物平台下端设置有支撑框架，支撑框架下端设有机盒，载物平台下端和支撑框架上端设有舵机1号、舵机1号机臂、舵机2号、舵机2号机臂，舵机1号机臂和舵机1号连接，舵机2号和舵机2号机臂连接；舵机1号和舵机2号放置在支撑框架，支撑框架内置有双轴倾角电子水平传感器，所述机盒外置有显示屏幕、按键模块、开关，所述机盒内置有AD转换模块和单片机。
本发明所述按键模块从左至右依次为输入键、增加键、减小键、确认键，所述的按键模块，是人与机器交流的载体，通过按键输入所需要的角度进而通过单片机控制舵机。
本发明所述精密电子水平仪还包括手臂1号、手臂2号、手臂3号、手臂4号；所述手臂1号、手臂2号放置在支撑框架的右侧二端的角落处，手臂3号、手臂4号放置在支撑框架中间。
本发明所述开关分别和双轴倾角电子水平传感器、单片机连接，双轴倾角电子水平传感器和AD转换模块、舵机1号和舵机2号连接，AD转换模块和单片机连接，单片机分别和按键模块，显示屏幕、舵机1号和舵机2号连接；通过双轴倾角电子水平传感器来测量其X轴、Y轴分别与水平面的夹角，在由单片机控制舵机使载物平面达到目的角度。
本发明所述双轴倾角电子水平传感器上设有两个倾斜传感探头，其最主要的部分是灵敏轴。倾角感应探头是基于牛顿第二定律的物理原理基础上，在传感器系统内部通过测量系统的加速度，初速度已知的前提下，通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移，是一种运用惯性原理的加速度传感器。当倾斜感应探头静止时，即只受重力的作用时，重力与灵敏轴之间的夹角信息就可以反映出水平面与倾斜传感器的夹角信息；所述的两个倾斜感应探头，位于两个相互垂直的X轴和Y轴方向上，通过两条相交的线确定一个平面的基本物理原理，来反映出双轴水平传感器的所在平面的信息。
本发明所述双轴倾角电子水平传感器与载物平面，两者相互平行。
本发明所述的双轴倾角电子水平传感器分别测量双轴倾角电子水平传感器的X轴、Y轴与水平面的夹角，可以实现载物平面与水平面间夹角的测定，并以电信号的形式输出。
本发明所述的其AD转换模块，它实现了把水平传感器输出的模拟电信号转换为数字信号。
本发明所述的单片机，它是整台装置的核心控制中心，控制屏幕显示和舵机转动。
本发明所述的显示屏幕，它实现了把倾角传感器的角度信息和通过按键模块输入的目的角度显示传递出来。
本发明所述的舵机和载物平面，是水平仪实现角度变换的载体和直接作用者。
本发明所述的支撑框架，支起了载物平面、两个舵机和四个手臂。
本发明所述的手臂，是载物平面在调节角度时的轴心，并支撑起了载物平面。
本发明所述的机盒，支撑起了整个装置和安置了线路。
本发明的优点是：此水平仪操作简单，只需通过按键输入目的角度，通过单片机控制，载物平面就能够达到目的角度。不仅可以调节水平，还能够达到0度至90度的任意角度；简单的操作流程，必然会大大减小误差、提高精度。由于采用全自动化控制，人为习惯的误差就不存在了。而装置的系统误差主要取决于双轴倾角电子水平传感器。但是传感器的精度从1度到0.1度不等，只要选择高精度传感器，本发明装置就能达到理想效果。由于单片机的控制，使得角度信息被显示屏幕同步显示。这使得角度信息可以被采集、传送、计算等进一步的处理。
附图说明
图1是本发明水平仪的正视图。
图2是本发明水平仪控制载物平面在X轴方向达到一个锐角目的角度的过程概要图。
图3是本发明水平仪控制载物平面在X轴方向达到90度。
图4是本发明水平仪的工作原理方框图。
符号说明：1、载物平面2、支撑框架3、机盒4a、舵机1号4b、舵机1号机臂5a、舵机2号5b、舵机2号机臂6、显示屏幕7、按键模块（从左至右依次为输入键、增加键、减小键、确认键）8、AD转换模块9、双轴倾角电子水平传感器10、开关11、单片机12、手臂1号13、手臂2号14、手臂3号15、手臂4号。
具体实施方式
如图1-4所示，一种可自动调节角度的精密电子水平仪，包括载物平台1、支撑框架2、机盒3、舵机1号4a、舵机1号机臂4b、舵机2号5a、舵机2号机臂5b、显示屏幕6、按键模块7、AD转换模块8、双轴倾角电子水平传感器9、开关10、单片机11、手臂1号12、手臂2号13、手臂3号14、手臂4号15；其特征在于：载物平台1下端设置有支撑框架2，支撑框架2下端设有机盒3，载物平台1下端和支撑框架2上端设有舵机1号4a、舵机1号机臂4b、舵机2号5a、舵机2号机臂5b，舵机1号4a、舵机1号机臂4b连接，舵机2号5a、舵机2号机臂5b连接；舵机1号和舵机2号放置在支撑框架2，支撑框架2内置有双轴倾角电子水平传感器9，所述机盒3外置有显示屏幕6、按键模块7、开关10，所述机盒3内置有AD转换模块8和单片机11。
如图3、图4所示，首先打开开关10，此时双轴倾角电子水平传感器9的X轴、Y轴上的倾斜感应探头，会把此时的倾斜信息以模拟电信号的形式，传给AD转换模块8。接着AD转换模块8会把模拟电信号转换为数字信号，并传递单片机11，由单片机控制显示屏幕显示相应信号。这时可以看到显示屏幕6显示当前双轴倾角电子水平传感器9的X轴，Y轴分别与水平面的夹角，即为载物平面1的X轴、Y轴与水平面的夹角。
利用按键模块7，输入目的角度。例如想要得到一个与水平面夹角32度的平面。我们可以使X轴32度、Y轴0度（也可以X轴0度、Y轴32度）。按“输入键”，这时就可以输入X轴的目的角度，输入“32”，按“确认键”，这时就可以输入Y轴的目的角度，输入“0”，再按“确认键”，这时目的角度输入结束（同样的，如果想要载物平面1达到水平，只需输入X轴“0”、Y轴“0”）。
此时，按键模块7输出相应的数字信号，并传递给单片机11，由单片机11控制舵机1号5a转动，带动机臂5b转动，带动载物平面1以手臂1号12和手臂2号14为轴心转动。同时，双轴倾角电子水平传感器9不断的测量角度，并以电信号传递给AD转换模块8，转换为数字信号，传递给单片机11，进而控制显示屏幕6显示实时角度信号。直到达到X轴的目的角度32度，单片机11控制舵机1号4a停止转动。同样的，单片机11控制舵机2号5a转动，直到Y轴与水平面夹角达到0度才停止转动。
Claims (6)
1.一种可自动调节角度的精密电子水平仪，包括载物平台、支撑框架、机盒、舵机1号、舵机1号机臂、舵机2号、舵机2号机臂、显示屏幕、按键模块、AD转换模块、双轴倾角电子水平传感器、开关、单片机、手臂1号、手臂2号、手臂3号、手臂4号；其特征在于：载物平台下端设置有支撑框架，支撑框架下端设有机盒，载物平台下端和支撑框架上端设有舵机1号、舵机1号机臂、舵机2号、舵机2号机臂，舵机1号机臂和舵机1号连接，舵机2号和舵机2号机臂连接；舵机1号和舵机2号放置在支撑框架，支撑框架内置有双轴倾角电子水平传感器，所述机盒外置有显示屏幕、按键模块、开关，所述机盒内置有AD转换模块和单片机。
2.根据权利要求1所述的一种可自动调节角度的精密电子水平仪，其特征在于：所述按键模块从左至右依次为输入键、增加键、减小键、确认键。
3.根据权利要求1所述的一种可自动调节角度的精密电子水平仪，其特征在于：所述精密电子水平仪还包括手臂1号、手臂2号、手臂3号、手臂4号；所述手臂1号、手臂2号放置在支撑框架的右侧二端的角落处，手臂3号、手臂4号放置在支撑框架中间。
4.根据权利要求1所述的一种可自动调节角度的精密电子水平仪，其特征在于：所述开关分别和双轴倾角电子水平传感器、单片机连接，双轴倾角电子水平传感器和AD转换模块、舵机1号和舵机2号连接，AD转换模块和单片机连接，单片机分别和按键模块，显示屏幕、舵机1号和舵机2号连接。
5.根据权利要求1所述的一种可自动调节角度的精密电子水平仪，其特征在于：所述双轴倾角电子水平传感器上设有两个倾斜传感探头。
6.根据权利要求1所述的一种可自动调节角度的精密电子水平仪，其特征在于：所述双轴倾角电子水平传感器与载物平面，两者相互平行。
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